Thiết kế hệ thống RFID trong dải tần LF

Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai ứng dụng: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application). Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng hóa… Đồ án có cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ RFID trong dải tần 125 KHz. Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ phát siêu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy từng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình. Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào ra hay bảo mật. Nhận biết được nhu cầu đó, đồ án tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125 Khz ). Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm. Phần cuối của đồ án tốt nghiệp nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được.

LỜI NÓI ĐẦU Được sự quan tâm ủng hộ của cô giáo TS. Nguyễn Thúy Anh, ngay từ năm học thứ tư (2008) em đã được tham gia nghiên cứu và tìm hiểu về các hệ thống xử lý tín hiệu số cùng những ứng dụng thực tiễn đi kèm như hệ thống định vị GPS, hệ thống đèn giao thông thông minh . Trong hơn một năm qua, em đã được tiếp xúc với nhiều công nghệ mới và những kiến thức chuyên ngành bổ ích. Sau quá trình nghiên cứu, nhận thấy được sự tiến bộ cũng như tiềm năng của công nghệ nhận dạng RFID (Radio Frequency Identification), được sự khích lệ động viên của cô giáo Nguyễn Thúy Anh, em đã mạnh dạn chọn đề tài “Thiết kế hệ thống RFID trong dải tần LF“ làm đồ án tốt nghiệp của mình. Qua đây, em xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc trước sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS.Nguyễn Thúy Anh và thầy giáo TS.Nguyễn Hữu Trung trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời, em cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các anh khóa K47 trong nhóm phát triển công nghệ đã giúp đỡ em các kiến thức thực tiễn để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Có được những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để thực hiện đồ án cũng như để chuẩn bị hành trang bước vào cuộc sống, em luôn ghi nhớ và cảm ơn về sự giảng dạy tận tình, sự ân cần quan tâm của các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian vừa qua. Em cũng xin gừi lời cảm ơn tới bạn bè, người thân đã giúp đỡ động viên em trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Hà Nội, ngày… tháng… năm . TÓM TẮT NỘI DUNG Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai ứng dụng: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application). Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng hóa… Đồ án có cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ RFID trong dải tần 125 KHz. Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ phát siêu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy từng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình. Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào ra hay bảo mật. Nhận biết được nhu cầu đó, đồ án tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125 Khz ). Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm. Phần cuối của đồ án tốt nghiệp nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được. ABSTRACT In recent years automatic identification procedures (Auto-ID) have becom very popular in many service industries, purchasing and distribution logistics, industry, manufacturing companies and material flow systems. Automatic identification procedures exist to provide information about people, animals, goods and products in transit. A contactless transfer of data between the data- carrying device and its reader is far more flexible. In the ideal case, the power required to operate the electronic data-carrying device would also be transferred from the reader using contactless technology. Because of the procedures used for the transfer of power and data, contactless ID systems are called RFID systems (Radio Frequency Identification). RFID really is a new techonogy, specially in Vietnam. There are many applications with RFID used in the worl. Nowadays, RFID is divided to 2 applycations : the close application and the open application. The close application is used in Industry or the secret system and the open application is used in demand of society such as library. These are the major contents of the project: Chapter 1 : RFID techology and system This chapter help us to see a basic of RFID techonogy . Chapter 2 : Standards in RFID and applycations There are many standards about RFID in the word. So, this chapter held for us to understand the most popular standards. Chapter 3 : constructing RFID system in LF. Chapter 4 : Summing up DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Thuật ngữ 1 RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng bằng sóng radio) 2 ATM Automatic Teller Machine (Máy thông báo tự động) 3 AC Alternating Current (Dòng xoay chiều) 4 DC Direct Current (Dòng môt chiều) 5 RO Read Only (Chế độ chỉ đọc) 6 RW Read Write (Chế độ ghi và đọc) 7 WORM Write Once Read Many (Chế độ ghi một lần đọc nhiều lần) 8 CRC Cyclic Redundancy Check (Thuật toán CRC) 9 ID Identification (Nhận dạng) 10 CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor (Vi mạch tích hợp) 11 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Bộ nhớ vật lý ghép ngoài chỉ đọc) 12 ISO International Organization for Standardization (Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế) 13 EPC Electrical Product Code (Mã điện tử của sản phẩm) 14 HDX Half Duplex (Phương thức truyền bán song công) 15 FDX Full Duplex (Phương thức truyền song công) 16 SEQ Sequential (Truyền tuần tự) 17 LF Low frequency (Tần số thấp) 18 HF High frequency (Tần số cao) 19 AM Amplitude Modulation (Điều biên) 20 OOK On-off Keying 21 ASK Amplitude Shift Keying (Điều chế biên độ) 22 FSK Frequency Shift Keying (Điều chế tần số) 23 PSK Phase Shift Keying (Điều chế pha) 24 FCC Federal Communications Commision (Ủy ban viễn thông liên bang) 25 DOC Department of Communication (Bộ viễn thông) 26 VICC Vicinity card (Họ thẻ, tập hợp các thẻ có cùng tính chất) 27 DST Digital Signature Transponder (Bộ phát đáp dấu hiệu số) 28 RSSI Received singal sthength indicator (Tín hiệu chỉ thị độ lớn tín hiệu thu) 29 SOF Start of frame (Bắt đầu một khung) 30 EOF End of frame (Kết thúc một khung) MỞ ĐẦU Trong vài năm gần đây thủ tục nhận dạng tự động (Auto-ID) đã trở nên rất phổ biến trong nhiều dịch vụ công nghiệp, trong công việc liên quan tới thu thập và phân loại sản phẩm, trong công nghiệp, trong các công xưởng sản xuất và hệ thống phân phối sản phẩm. Thủ tục nhận dạng tự động đã giúp chúng ta thoát khỏi việc phải cung cấp thông tin và vất vả kiểm tra về con người, động vật, và các sản phẩm trong quá trình lưu chuyển. Các biểu tượng mã vạch có ở khắp nơi làm nổ ra cuộc cách mạng trong việc xác định các hệ thống trong khoảng thời gian lớn, khiến cho không đáp ứng đủ nhu cầu khi số lượng gia tăng quá lớn của các mã vạch. Mã vạch có thể thực sự rất rẻ, nhưng điểm sai lầm là số lượng lưu trữ thấp và thực tế là chúng không thể lập trình lại hay sửa lại được. Giải pháp tối ưu nhất là lưu trữ dữ liệu trong chip silicon. Thông thường các thiết bị mang dữ liệu dưới dạng tín hiệu điện được sử dụng trong cuộc sống là các thẻ thông minh tích hợp các vùng tiếp xúc (thẻ điện thoại đa năng, thẻ tài khoản ngân hàng, …). Tuy nhiên, tiếp xúc cơ đơn thuần sử dụng trong thẻ thông minh thường không thực tế, nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa thiết bị nhận và phát không cần tiếp xúc còn lớn hơn. Trong chuỗi ý kiến đưa ra, yêu cầu đòi hỏi phải xây dưng một thiết bị mang dữ liệu tín hiệu điện có thể trao đổi với một bộ đọc sử dụng công nghệ không cần phải tiếp xúc. Bởi vậy thủ tục sử dụng trong việc trao đổi dữ liệu, không cần tiếp xúc, hệ thống nhận dạng bằng sóng radio ra đời, được gọi là hệ thống RFID (Radio Frequency Identification). Đồ án tốt nghiệp với kết cấu logic sẽ giúp cho chúng ta tìm hiểu về công nghệ RFID trong dải tần LF. Chương 1 : Kỹ thuật và hệ thống RFID Chương này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật RFID từ nguyên lý hoạt động đến các cấu trúc thẻ tag ( thẻ thông minh ứng dụng trong kỹ thuật RFID). Chương 2: Các chuẩn RFID và ứng dụng Trên thế giới có rất nhiều các nhà nghiên cứu và các công ty phát triển công nghệ nhận dạng sử dụng RFID. Chương II cho chúng ta thấy được cái nhìn về các chuẩn giao thức và các tiêu chuẩn đặt ra khi xây dựng công nghệ RFID. Chương 3: Xây dựng hệ thống RFID dải tần LF. Trình bày một hệ thống RFID ở dải tần LF (125 KHz). Các giải pháp và mô hình hoàn chỉnh đươc đưa ra với những đánh giá và nhận xét gắn với thực tiễn sau thời gian nghiên cứu công nghệ RFID. Chương 4: Kết luận CHƯƠNG 1 KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG RFID Khi đề cập đến khái niệm RFID trong lĩnh vực kỹ thuật, đối với nhiều chuyên gia lâu năm thì có thể nghĩ ngay đến khái niệm xác định hay nhận dạng có liên quan đến sóng radio. Tuy nhiên, RFID là một công nghệ khá mới đối với những ai ít chú ý đến lĩnh vực kỹ thuật, mặc dù nó đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.Vì vậy, trong chương 1 này, các vấn đề được đưa ra tập trung vào giải thích khái niệm RFID và các thành phần của một hệ thống RFID thông thường. Các khái niệm sẽ giúp cho chúng ta hiểu được tổng thể công nghệ và nguyên lý hoạt động của một hệ thổng RFID. 1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID): Hình 1.1 : Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động Mã vạch Mã vạch RFID RFID Thẻ thông minh Thẻ thông minh Quang học Quang học Giọng nói Giọng nói Hệ thống nhận dạng tự động Hệ thống nhận dạng tự động Sinh học Sinh học Vân tay Vân tay Thiết kế hệ thống RFID trong dải tần LF 1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): Hệ thống nhận dạng tự động bằng mã vạch đã đạt được nhiều thành công và được ứng dụng, phát triển mạnh mẽ nhất. Mã vạch là hệ thống mã nhị phân được tạo nên bởi các vạch và khoảng trống xắp xếp song song với nhau. Chúng được xắp xếp theo một quy ước định trước, các phần của mã vạch đại diện cho dữ liệu cần mã hóa. Mã vạch có thể được đọc bởi đầu đọc laser thông qua sự phản xạ khác nhau của dòng laser đối với các vạch đen và khoảng trống màu trắng. 1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học: Hệ thống nhận dạng sinh học thường dùng để nhận dạng các sinh vật sống trong đó nhận dạng con người là chủ yếu. Trong hệ thống nhận dạng tự động, nhận dạng sinh học có độ chính xác khá cao qua việc so sánh các đặc điểm riêng của mỗi người. Trong thực tế, có rất nhiều các hệ thống nhận dạng sinh học như: nhận dạng vân tay, nhận dạng giọng nói và nhận dạng võng mạc. 1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card): Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại có thêm một chip để xử lý thông tin. Chúng thường được thiết kế trong một thẻ nhựa có kích thước như thẻ điện thoại. Để hoạt động, thẻ thông minh phải được đưa vào đầu đọc thẻ, thẻ được kết nối với đầu đọc thông qua các tiếp xúc điện. Thẻ được cung cấp năng lượng và xung đồng bộ bởi đầu đọc thông qua tiếp xúc điện đó. Dữ liệu truyền giữa đầu đọc và thẻ được truyền theo dạng nối tiếp hai chiều. Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy rằng hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều yêu cầu kết nối vật lý tiếp xúc với khoảng cách gần. Điều này gây rất nhiều bất tiện cho người sử dụng trong sử dụng hoặc quản lý. Với hệ thống RIFD, việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều ứng dụng và tiện lợi hơn. Trong thực tế, chúng ta còn có thể Đỗ Quang Minh ĐT5-K49 9 Thiết kế hệ thống RFID trong dải tần LF truyền năng lượng từ đầu đọc cho thiết bị di động thông qua việc sử dụng công nghệ không dây này. 1.2 Kỹ thuật RFID RFID (Radio Frequency Identification) là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ thông minh. Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các anten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Hình 1.2 : Minh họa công nghệ RFID. Đỗ Quang Minh ĐT5-K49 10